能带调控及金属等离激元共振—-提高硅基钙钛矿量子点发光二极管性能新途径

将钙钛矿量子点与具有成熟的加工工艺的硅平台相结合制备光电器件,不仅有利于实现轻便多功能器件的光电集成,而且还能拓宽钙钛矿型量子点的应用领域。近期,南京大学电子学院徐骏教授课题组和南京师范大学化学与材料科学学院徐翔星教授课题组合作,在前期实现硅基全无机钙钛矿量子点异质结发光器件(Advanced Optical Materials DOI: 10.1002/adom.201700897)的基础上,提出了利用能带调控以及Au纳米颗粒的等离激元共振效应来降低空穴注入势垒,解决载流子平衡注入的问题,进而提高无机钙钛矿量子点发光二极管的发光性能。研究人员通过能带设计,在无机钙钛矿层和Si基底之间插入一层poly-TPD材料以降低空穴注入势垒同时形成电子阻挡层,把载流子限制在发光层,实现了载流子的注入平衡和性能提高。优化后的红光CsPbI3量子点器件的光功率达到1.68 mW/cm2,外量子效率达到0.91%,比参比样品提高了34倍。而绿光CsPbBr3 量子点器件的发光强度也提高了13.6倍。

研究人员进一步将平均直径为20纳米的Au纳米颗粒引入到poly-TPD层中,由于Au纳米颗粒的等离子激元共振峰与CsPbBr3量子点的发射峰几乎完全匹配,加入Au纳米颗粒后的钙钛矿发光二极管的整体发光强度与无poly-TPD、Au纳米颗粒的器件相比提高了28倍,输出功率密度增加到1.2 mW/cm2。这项研究表明采用合理的光学和电学设计,可以获得高效的硅基钙钛矿光电器件,也为实现轻便多功能基于钙钛矿量子点材料的光电集成提供了一种新的有效途径。

相关文章在线发表在Advanced Optical Materials (DOI: 10.1002/adom.201800693)上,南京大学电子学院博士生刘婧婧为该文的第一作者。

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